Когато става въпрос за екструдиране на пластмасови тръби, трябва да се следват тези 11 основни принципа!

Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.е апроизводител на механично оборудванес почти 30 години опит воборудване за екструдиране на пластмасови тръби, нова защита на околната среда и оборудване с нови материали. От създаването си Fangli е разработен въз основа на изискванията на потребителите. Чрез непрекъснато усъвършенстване, независима научноизследователска и развойна дейност на основната технология и храносмилане и усвояване на напреднали технологии и други средства, ние разработихмеЛиния за екструдиране на PVC тръби, Линия за екструдиране на PP-R тръби, Линия за екструдиране на водоснабдяване от PE / газови тръби, който беше препоръчан от китайското министерство на строителството за замяна на вносни продукти. Спечелихме титлата „Първокласна марка в провинция Zhejiang“.

01  Механични принципи

Основният механизъм на екструдиране е много прост - винт се върти в цевта и избутва пластмасата напред. Винтът всъщност е наклонена повърхност или наклон, който би заобиколил централния слой. Целта му е да увеличи натиска, за да преодолее по-голямо съпротивление. За единекструдер, има три вида съпротивление, които трябва да бъдат преодолени: триенето на твърдите частици (захранването) по стената на цевта и тяхното взаимно триене по време на първите няколко оборота на шнека (зоната за подаване); адхезията на стопилката към стената на цевта; и логистичното съпротивление в стопилката, докато тя се избутва напред.

Нютон веднъж обясни, че ако даден обект не се движи в дадена посока, тогава силите върху този обект са балансирани в тази посока. Винтът не се движи в аксиална посока, въпреки че може да се завърти странично и бързо близо до обиколката. Следователно аксиалната сила върху винта е балансирана и ако той упражнява голям натиск напред върху пластмасовата стопилка, тогава той също така упражнява еднакъв натиск назад върху обекта. В този случай тягата, която упражнява, е върху лагера зад входа - опорния лагер.

Повечето единични винтове са с дясна резба, като винтове и болтове, използвани в дървообработването и машините. Ако се гледат отзад, те се въртят обратно, защото се опитват да се измъкнат от цевта възможно най-назад. В някоидвушнекови екструдери, двата винта се въртят назад и се пресичат един в друг в двата варела, така че единият трябва да е с дясна ръка, а другият с лява ръка. При други запушени двойни винтове, двата винта се въртят в една и съща посока и следователно трябва да имат еднаква ориентация. И в двата случая обаче има опорни лагери, които поемат обратната сила и принципът на Нютон все още е в сила.

02  Термичен принцип

Екструдируемите пластмаси са термопласти - те се топят при нагряване и се втвърдяват отново при охлаждане. Откъде идва топлината за топене на пластмаси? Предварителното загряване на захранването и нагревателите на цев/форма могат да играят роля и са важни при стартиране, но входящата енергия на двигателя - топлината от триене, генерирана в цевта, докато моторът завърта винта срещу съпротивлението на вискозната стопилка - е най-важният източник на топлина за всички пластмаси, с изключение на малки системи, нискоскоростни винтове, пластмаси с висока температура на топене и приложения за екструдиране на покрития.

За всички други операции е важно да се признае, че нагревателят на варела не е основният източник на топлина в операцията и следователно играе по-малка роля в екструдирането, отколкото бихме могли да очакваме (вижте Принцип 11). Температурата на задната цев все още може да бъде важна, защото влияе върху зацепването или скоростта на транспортиране на твърди частици в захранването. Температурите на матрицата и матрицата обикновено трябва да бъдат желаната температура на топене или близки до нея, освен ако не се използват за конкретна цел като лакиране, разпределение на течности или контрол на налягането.

03  Принцип на забавяне

В повечетоекструдери, скоростта на винта се променя чрез регулиране на скоростта на двигателя. Моторът обикновено се върти с пълна скорост от около 1750 оборота в минута, но това е твърде бързо за шнек на екструдер. Ако се върти с толкова висока скорост, се генерира твърде много топлина от триене и времето за задържане на пластмасата е твърде кратко, за да се подготви хомогенна, добре смесена стопилка. Типичните съотношения на редукция са между 10:1 и 20:1. Първият етап може да бъде или зъбно колело, или набор от макари, но вторият етап е с всички зъбни колела и винтът е разположен в центъра на последното голямо зъбно колело.

При някои бавно работещи машини (като двойни винтове за UPVC) може да има 3 етапа на забавяне и максималната скорост може да бъде само 30 об./мин. или по-малко (съотношение 60:1). В другата крайност, някои от много дългите двойни винтове, използвани за смесване, могат да работят при 600 об./мин. или по-бързо и следователно изискват много ниска скорост на забавяне, както и много дълбоко охлаждане.

Понякога скоростта на забавяне е неправилно съобразена със задачата - ще има твърде много енергия за използване - и е възможно да се добави шайба между двигателя и първия етап на забавяне за промяна на максималната скорост. Това или увеличава скоростта на винта над предишното ограничение, или намалява максималната скорост, позволявайки на системата да работи с по-голям процент от максималната скорост. Това ще увеличи наличната енергия, ще намали ампеража и ще избегне проблеми с двигателя. И в двата случая мощността може да се увеличи в зависимост от материала и нуждите му от охлаждане.

04  Подаване на охлаждаща течност

Екструдирането е прехвърляне на енергия от двигател - понякога нагревател - към студена пластмаса, като по този начин се превръща от твърдо в стопено. Входящият фураж е по-хладен от повърхностите на цевта и шнека в зоната на подаване. Повърхността на цевта в зоната на захранване обаче почти винаги е над диапазона на топене на пластмасата. Охлажда се чрез контакт с частиците на захранването, но топлината се поддържа чрез пренос на топлина от горещия преден край към задния край и чрез контролирано нагряване. Може да се наложи да включите задния нагревател, дори когато топлината на предния край се поддържа от вискозно триене и не е необходимо вкарване на топлина от патрона. Най-важното изключение е касетата за подаване на слот, почти изключително за HDPE.

Повърхността на корена на винта също се охлажда от подаването и адиабатно от стената на цевта от пластмасовите частици на захранването (и въздуха между частиците). Ако шнекът внезапно спре, подаването също спира и повърхността на шнека става по-гореща в зоната на подаване, тъй като топлината се движи назад от по-горещия преден край. Това може да причини залепване или свързване на частици в корена.

05 Захранването се залепва върху цевта или се плъзга върху винта

За да се увеличи максимално транспортирането на твърдите частици в гладката зона за подаване на цевта на едношнековия екструдер, частиците трябва да се придържат към цевта и да се плъзгат върху шнека. Ако пелетите се придържат към корена на винта, няма какво да ги издърпа; обемът на канала и обемът на входа на твърдите частици са намалени. Друга причина за лоша адхезия в основата е, че пластмасата може да се кондензира термо тук и да произведе гелове и подобни замърсяващи частици, или периодично да се залепи и да се откъсне с промени в изходната скорост.

Повечето пластмаси естествено се плъзгат по корена, защото са студени, когато влязат и триенето все още не е загряло корена до същото ниво на топлина като стената на цевта. Някои материали са по-склонни да се залепят от други: силно пластифициран PVC, аморфен PET и определени полиолефинови съполимери с адхезивни свойства, които са желани за крайна употреба.

За цевта е необходимо пластмасата да залепне, така че да може да се изстърже и избута напред от резбата на винта. Трябва да има висок коефициент на триене между частиците и цевта, който от своя страна се влияе силно от температурата на задната цев. Ако частиците не полепнат, те просто се въртят на място и не се движат напред - затова гладкото подаване е лошо.

Повърхностното триене не е единственият фактор, който влияе върху храненето. Много частици никога не влизат в контакт с цилиндъра или корена на винта, така че трябва да има триене и механична връзка на вискозитета вътре в частиците.

Повърхностното триене не е единственият фактор, който влияе на захранването. Много частици никога не докосват цевта или корена на винта, така че трябва да има триене и механично и вискозитетно блокиране в рамките на гранулата.

Набразденият цилиндър е специален случай. Жлебът се намира в зоната за подаване, която е термично изолирана и дълбоко водно охлаждана от останалата част на цилиндъра. Нишката избутва частиците в жлеба и образува високо налягане на сравнително кратко разстояние. Това увеличава толеранса на захапване за по-ниски скорости на шнека със същата производителност, което води до намаляване на топлината от триене, генерирана в предния край, и по-ниска температура на топене. Това може да означава, че охлаждането ограничава по-бързото производство в производствените линии за раздуто фолио. Жлебът е особено подходящ за HDPE, който е най-гладката обикновена пластмаса освен перфлуорираната пластмаса.

06  Най-високата цена на материалите

В някои случаи материалните разходи могат да представляват 80% от производствените разходи - повече от сбора на всички други фактори - с изключение на няколко продукта с особено важно качество и опаковка, като например медицински катетри. Този принцип естествено води до два извода: преработвателите трябва да използват повторно остатъците и отпадъците, доколкото е възможно, за да заменят суровините, и стриктно да се придържат към допустимите отклонения, за да избегнат отклонение от целевата дебелина и проблеми с продукта.

07  Разходите за енергия са относително маловажни

Въпреки че привлекателността и реалните проблеми на една фабрика са на същото ниво като нарастващите разходи за енергия, енергията, необходима за работа на екструдер, все още е малка част от общите производствени разходи. Ситуацията винаги е такава, защото цената на материала е много висока, а екструдерът е ефективна система. Ако се въведе твърде много енергия, пластмасата бързо ще стане много гореща и не може да бъде обработена правилно.

08  Налягането в края на винта е много важно

Това налягане отразява съпротивлението на всички обекти след шнека: филтърна решетка и плоча за раздробяване на замърсяванията, конвейерна тръба на адаптера, неподвижна бъркалка (ако има такава) и самата форма. Това зависи не само от геометрията на тези компоненти, но и от температурата в системата, която от своя страна влияе върху вискозитета на смолата и скоростта на пропускане. Той не разчита на конструкцията на шнека, освен когато влияе на температурата, вискозитета и производителността. От съображения за безопасност измерването на температурата е важно - ако е твърде висока, главата на формата и матрицата може да експлодират и да навредят на персонала или машините наблизо.

Налягането е полезно за разбъркване, особено в крайната зона (зоната на дозиране) на едношнекова система. Въпреки това, високото налягане също означава, че двигателят трябва да извежда повече енергия - следователно температурата на топене е по-висока - което може да определи границата на налягането. В двушнекова система, блокирането на два винта е по-ефективна бъркалка, така че не е необходим натиск за тази цел.

При производството на кухи компоненти, като например тръби, направени с помощта на паяжини със скоби за позициониране на сърцевината, във формата трябва да се генерира високо налягане, за да се помогне на отделната логистика да се рекомбинира. В противен случай продуктът по линията на заваряване може да е слаб и може да срещне проблеми по време на употреба.

09  Изход

Изместването на последната резба се нарича нормален поток, който зависи само от геометрията на винта, скоростта на винта и плътността на стопилката. Регулира се от логистиката на налягането, която всъщност включва съпротивителния ефект на намаляване на производителността (представен от най-високото налягане) и всеки ефект на прекомерно ухапване в захранването с увеличаване на производителността. Изтичането на нишката може да е във всяка посока.

Също така е полезно да се изчисли мощността на всеки rpm (оборот), тъй като това представлява всяко намаление на капацитета на изпомпване на винта в определен момент. Друго свързано изчисление е мощността за използвана конска сила или киловат. Това представлява ефективност и може да оцени производствения капацитет на даден двигател и драйвер.

10  Скоростта на срязване играе основна роля във вискозитета

Всички обикновени пластмаси имат характеристика за намаляване на силата на срязване, което означава, че вискозитетът намалява, тъй като пластмасата се движи все по-бързо и по-бързо. Ефектът на някои пластмаси е особено очевиден. Например, някои PVC увеличават скоростта на потока си с 10 пъти или повече, когато тягата се удвои. Напротив, силата на срязване на LLDPE не намалява твърде много и когато изводът се удвои, скоростта на потока му се увеличава само с 3 до 4 пъти. Намаленият ефект на намаляване на силата на срязване означава висок вискозитет при условия на екструзия, което от своя страна означава, че е необходима повече мощност на двигателя.

Това може да обясни защо LLDPE работи при по-висока температура от LDPE. Скоростта на потока се изразява като скорост на срязване, която е приблизително 100s-1 в шнековия канал, между 100 и 100s-1 в повечето форми на отвора на матрицата и по-голяма от 100s-1 в междината между резбата и стената на цилиндъра и някои малки празнини на матрицата.

Коефициентът на топене е често използван метод за измерване на вискозитета, но той е обърнат (като скорост на потока/тяга, а не тяга/скорост на потока). За съжаление, измерването му в екструдер със скорост на срязване 10 s-1 или по-малко и бърза скорост на потока на стопилката може да не е истинска стойност на измерване.

11  Моторът е срещу цевта, а цевта е срещу мотора

Защо контролният ефект на цевта не винаги е според очакванията, особено в зоната на измерване? Ако цевта се нагрее, вискозитетът на слоя материал на стената на цевта намалява и двигателят изисква по-малко енергия, за да работи в тази по-гладка цев. Токът на двигателя (ампери) намалява. Напротив, ако цевта се охлади, вискозитетът на стопилката на стената на цевта се увеличава и двигателят трябва да се върти по-енергично, увеличавайки амперното число. Част от топлината, отстранена при преминаване през цевта, след това се изпраща обратно от двигателя. Обикновено регулаторът на варела има ефект върху стопилката, което очакваме, но ефектът никъде не е толкова значителен, колкото регионалната променлива. Най-добре е да измерите температурата на топене, за да разберете наистина какво се е случило.

11-ият принцип не се прилага за главата на матрицата и формата, тъй като там няма въртене на винта. Ето защо промените на външната температура там са по-ефективни. Тези промени обаче са неравномерни отвътре навън, освен ако не се разбъркват равномерно във фиксирана бъркалка, която е ефективен инструмент за промени в температурата на стопилката и разбъркване.

Ако имате нужда от повече информация,Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.приветства ви да се свържете за подробно запитване, ние ще ви предоставим професионални технически насоки или предложения за закупуване на оборудване.